(57)【要約】少なくとも１つの半導体部品（１０４）を備えるパワーエレクトロニクス機器（１０２）の経年劣化を検出する方法は、パワー損失を半導体部品（１０４）に入力するために、半導体部品（１０４）を通る少なくとも略半正弦励振電流（１１２）の流れを生じさせるよう構成された励振信号（１１０）を供給するステップと、半導体部品（１０４）の温度の時間的推移を表現する温度信号（１１４）を読み込むステップと、温度信号（１１４）を使用して、パワーエレクトロニクス機器（１０２）の経年劣化を表す経年劣化値（１１８）を決定するステップと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの半導体部品（１０４）を備えるパワーエレクトロニクス機器（１０２）の経年劣化を検出する方法であって、
パワー損失を前記半導体部品（１０４）に入力するために、前記半導体部品（１０４）を通る少なくとも略半正弦励振電流（１１２）の流れを生じさせるよう構成された励振信号（１１０）を供給するステップ（２２０）と、
前記半導体部品（１０４）の温度の時間的推移を表現する温度信号（１１４）を読み込むステップ（２２２）と、
前記温度信号（１１４）を使用して、前記パワーエレクトロニクス機器（１０２）の前記経年劣化を表す経年劣化値（１１８；９１３）を決定するステップ（２２４）と、を含む方法。
【請求項２】
前記決定するステップ（２２４）において、前記温度信号（１１４）の振幅及び／又は最小値を使用して、前記経年劣化値（１１８；９１３）を決定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記決定するステップ（２２４）において、前記振幅と基準振幅とを比較することによって、及び/又は前記最小値と基準最小値とを比較することによって、前記経年劣化値（１１８；９１３）を決定することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記振幅が前記基準振幅よりも大きい場合、前記決定するステップ（２２４）において、前記半導体部品（１０４）における経年劣化を示す第１経年劣化値（１１８；９１３）を決定し、及び／又は前記最小値が前記基準最小値よりも大きい場合、前記決定するステップ（２２４）において、前記パワーエレクトロニクス機器（１０２）の冷却ユニットの経年劣化を示す第２経年劣化値（１１８；９１３）を決定する、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記決定するステップ（２２４）において、熱抵抗と熱基準抵抗とを比較することによって、前記経年劣化値（１１８；９１３）を決定し、前記振幅、前記最小値、及び前記半導体部品（１０４）に入力された前記パワー損失を使用して、熱部分抵抗を決定することを特徴とする、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項６】
前記決定するステップ（２２４）において、前記温度信号（１１４）の平均振幅及び／又は平均最小値を使用して、前記経年劣化値（１１８；９１３）を決定することを特徴とする、請求項２〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記決定するステップ（２２４）において、前記温度信号（１１４）が定常状態を有する際に、前記経年劣化値（１１８；９１３）を決定することを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記読み込むステップ（２２２）において、前記温度信号（１１４）を、前記半導体部品（１０４）に一体化された抵抗（１１６）へのインターフェイスを介して読み込むことを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記半導体部品（１０４）がトランジスタであり、前記供給するステップ（２２０）において、前記励振信号（１１０）を前記トランジスタの制御入力部に供給することを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記パワーエレクトロニクス機器（１０２）が、少なくとも１つの更なる半導体部品（４０４）を備え、前記供給するステップにおいて励振信号（１１０）を供給し、該励振信号（１１０）が、更なるパワー損失を前記更なる半導体部品（４０４）に入力するために、前記更なる半導体部品（４０４）を通る更なる半正弦励振電流（１１２）の流れを生じさせるよう構成され、前記読み込むステップにおいて、前記更なる半導体部品（１０４）の温度の時間的推移を表現する更なる温度信号（１１４）を読み込み、前記決定するステップ（２２４）において、前記更なる温度信号（１１４）を使用して、前記パワーエレクトロニクス機器（１０２）の前記経年劣化を表す更なる経年劣化値（１１８；９１３）決定することを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの半導体部品（１０４）を備えるパワーエレクトロニクス機器（１０２）の経年劣化を検出する装置（１０６）は、
パワー損失を前記半導体部品（１０４）に入力するために、前記半導体部品（１０４）を通る少なくとも略半正弦励振電流（１１２）の流れを生じさせるよう構成された励振信号（１１０）を供給する供給ユニット（１２０）と、
前記半導体部品（１０４）の温度の時間的推移を表現する温度信号（１１４）を読み込む読み込みユニット（１２２）と、
前記温度信号（１１４）を使用して、前記パワーエレクトロニクス機器（１０２）の前記経年劣化を表す経年劣化値（１１８；９１３）決定する決定ユニット（１２４）と、を含む装置（１０６）。
【請求項１２】
少なくとも１つの半導体部品（１０４）を備えるパワーエレクトロニクス機器（１０２）及び前記パワーエレクトロニクス機器（１０２）の経年劣化を検出する請求項１１に記載の装置（１０６）を備えるパワーエレクトロニクスシステム（１００）。
【請求項１３】
前記パワーエレクトロニクスシステム（１００）がインバータとして実現されていることを特徴とする、請求項１２に記載のパワーエレクトロニクスシステム（１００）。
【請求項１４】
前記半導体部品（１０４）がバイポーラトランジスタであり、前記励振電流（１１２）がエミットとコレクタとの間を流れる電流を表し、前記半導体部品（１０４）が電界効果トランジスタであり、前記励振電流（１１２）がドレインとソースとの間を流れる電流を表し、又は前記半導体部品（１０４）がダイオードであり、前記励振電流（１１２）がアノードとカソードとの間を流れる電流を表すことを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のパワーエレクトロニクスシステム（１００）。
【請求項１５】
前記パワーエレクトロニクス機器（１０２）が、キャリア（３３４）、前記半導体部品（１０４）を前記キャリア（３３４）に熱的に結合する基板（３３２）、及び冷却体（３３６）を備え、前記半導体部品（１０４）が、はんだ接合部（３３０）を介して前記基板（３３２）に接続され、前記冷却体（３３６）が伝熱層（３３８）を介して前記キャリア（３３４）に接続され、前記経年劣化値（１１８；９１３）が、前記はんだ接合部（３３０）の経年劣化を示し、及び／又は前記伝熱層（３３８）の経年劣化を示すことを特徴とする、請求項１２〜１４の何れか一項に記載のパワーエレクトロニクスシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体部品を備えるパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する方法及び装置、並びにパワーエレクトロニクスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュール、特にＩＧＢＴパワー半導体モジュール（Insulated Gate Bipolar Transistor＝絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）は、電気若しくはハイブリッドの駆動技術のような現在の開発トレンドにおいて、又は例えば風力エネルギのような再生可能源からエネルギを得る際に、重要な構成部品である。これらのパワーモジュールは、作動上の影響及び外部からの影響によって、継続的な経年劣化プロセスにさらされる。これにより、長期間に亘って、経年劣化に起因する故障が発生する可能性がある。特定の目標寿命を確保するために、そのために使用される計算手法は、安全マージン「ロバストネスマージン」を含む。「ロバストネスマージン」によって、パワーモジュールがオーバーサイズ化する可能性がある。パワー密度が高まるほど、パワーモジュールの作動に対して、その負荷限界に近づくこと及び安全マージンを低減することが要求される。従って、所定の目標寿命を確保することが困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
こうした背景から本発明は、少なくとも１つの半導体部品を備えるパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する、改善された方法及び改善された装置、並びに改善されたパワーエレクトロニクスシステムを、主たる請求項により提供する。有利な実施形態は、従属請求項及び以下の記載から明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
少なくとも１つの半導体部品を備えるパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を、有利には、半導体部品の半正弦励振を介して分析することができる。
【０００５】
少なくとも１つの半導体部品を備えるパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する対応する方法は、
パワー損失を半導体部品に入力するために、半導体部品を通る少なくとも略半正弦励振電流の流れを生じさせるよう構成された励振信号を供給するステップと、
半導体部品の温度の時間的推移を表現する温度信号を読み込むステップと、
温度信号を使用して、パワーエレクトロニクス機器の経年劣化を表す経年劣化値を決定するステップと、を含む。
【０００６】
パワーエレクトロニクス機器とは、例えばトランジスタ又はダイオードの形態である少なくとも１つの半導体部品を備える回路、と理解できる。半導体部品とは、パワーエレクトロニクス技術において使用されるようなパワー半導体部品と理解できる。経年劣化は、パワーエレクトロニクス機器内部の電気的接触部又は熱的接触部を含むことができる。経年劣化によって、例えば、そうした接触部の電気的抵抗又は熱的抵抗が上昇する可能性がある。経年劣化値を介して、例えばそうした接触部の経年劣化の程度又は状態を、予め定義されたスケールに対応させて示すことができる。励振信号とは、電気的な信号と理解できる。この電気信号によって、半導体部品が半正弦励振電流によって貫流されるように、半導体部品を直接に駆動可能、又はパワーエレクトロニクス機器の少なくとも１つの更なる部品を駆動可能である。代替的に励振信号は、励振電流を表すこともできる。少なくとも略半正弦とは、半振動と見なすことが可能な、励振電流の推移、と理解できる。励振電流が半導体部品を通って流れることができるように、半導体部品を順方向に駆動させることができる。励振電流は、パワーエレクトロニクス機器における標準の大きさを有し、例えば５０Ａを超える最大値を有することができる。励振電流の周波数は、例えば０．５Ｈｚと２Ｈｚの間とすることができる。周波数は、特にはセラミック基板であり半導体部品上にはんだ接合された基板の、ローパス周波数に対応するか又はそれに近似できる。
【０００７】
励振電流によって、半導体部品の温度を変更する少なくとも略半正弦パワー損失を、半導体部品に供給できる。半正弦励振電流によって、温度の推移において振動を発生させることができる。温度とは、半導体部品の内部の温度、例えば、ジャンクション温度とも称するバリア層温度と、理解できる。温度信号は、適切な計測方法を実行することによって決定できる。この場合、半導体部品が励振電流によって貫流される間に、温度を捕捉できる。
【０００８】
記載したアプローチによって、例えばインバータ内に取り付けられたパワーモジュールの経年劣化状態を識別し、監視することが可能になる。経年劣化値を評価することによって、有利には、経年劣化に起因する、自然発生的なモジュールの故障を回避できる。これにより、費用が節約され、作動における安全性が高められる。一実施形態によれば、（「オンボードの」）パワーエレクトロニクスシステム内のパワーモジュール及び冷却システムの経年劣化状態を決定するための、連続生産可能な解決策が可能となる。
【０００９】
一実施形態によれば、決定するステップにおいて、温度信号の振幅を使用して経年劣化値を決定できる。温度信号の振動の振幅は、容易に捕捉可能であり、有利なことに半導体素子における経年劣化に関連する。追加的又は代替的に、決定するステップにおいて、温度信号の最小値を使用して経年劣化値を決定できる。温度信号の最小値は、同様に容易に捕捉可能であり、有利なことに半導体素子のヒートシンクにおける経年劣化に関連する。
【００１０】
例えば、決定するステップにおいて、振幅と基準振幅とを比較することによって、経年劣化値を決定できる。追加的又は代替的に、最小値と基準最小値とを比較することによって、経年劣化値を決定できる。基準振幅及び基準最小値は、所定の経年劣化状態に割り当てられた基準値を表すことができる。経年劣化の程度を極めて正確に決定できるように、比較値として、複数の基準振幅及び複数の基準最小値を提供することもできる。
【００１１】
その際、振幅が基準振幅よりも大きい場合、決定するステップにおいて、半導体部品における経年劣化を示す第１経年劣化値を決定できる。追加的又は代替的に、最小値が基準最小値よりも大きい場合、パワーエレクトロニクス機器の冷却ユニットの経年劣化を示す第２経年劣化値を決定できる。このようにして、半導体部品及び冷却ユニットに関する経年劣化を、個別に決定して表示できる。
【００１２】
また、決定するステップにおいて、熱抵抗と熱基準抵抗とを比較することによって、経年劣化値を決定できる。この場合、振幅、最小値、及び半導体部品に入力されたパワー損出を使用して、熱抵抗を決定できる。このようにして、経年劣化を、パワーエレクトロニクス機器内部の熱抵抗の値から、直接に決定できる。
【００１３】
決定するステップにおいて、温度信号の平均振幅及び追加的又は代替的に平均最小値を使用して、経年劣化値を決定できる。平均化は、複数の半波に亘って行なうことができる。これにより、経年劣化の決定の制度を高めることができる、大きな時定数が得られる。
【００１４】
一実施形態によれば、決定するステップにおいて、温度信号が定常状態を有する際に、経年劣化値を決定できる。定常状態は定義された計測状態を表しているため、異なる時点に対して、所定の経年劣化値を相互に比較可能である。
【００１５】
読み込むステップにおいて、温度信号を、半導体部品に一体化された抵抗へのインターフェイスを介して読み込むことができる。そうした抵抗により、半導体部品の内部において支配的な温度を、極めて正確に捕捉することが可能になる。有利には、半導体部品は通常、例えばゲート抵抗の形態であるそうした抵抗を備えている。また、そうした抵抗を使用して、温度を捕捉する既知の方法を用いることができる。
【００１６】
一実施形態によれば、半導体部品は、トランジスタとすることができる。供給するステップにおいて、励振信号をトランジスタの制御入力部に供給できる。有利には、励振電流を、このようにして、半導体部品を使用して直接的に調節できる。
【００１７】
パワーエレクトロニクス機器は、少なくとも１つの更なる半導体部品を備えることができる。供給するステップにおいて、励振信号を供給できる。励振信号が、更なるパワー損失を更なる半導体部品に入力するために、更なる半導体部品を通る更なる半正弦励振電流の流れを生じさせるよう構成されている。読み込むステップにおいて、更なる半導体部品の温度の時間的推移を表現する更なる温度信号を読み込むことができる。決定するステップにおいて、更なる温度信号を使用して、パワーエレクトロニクス機器の経年劣化を表す更なる経年劣化値を決定する。このようにして、パワーエレクトロニクス機器の各半導体部品に対して、半導体部品に割り当てられた各々の経年劣化値を決定できる。異なる実施形態によれば、１つの同一の励振信号を、複数の半導体部品に供給できる。または励振信号が、半導体部品に供給される複数の部分励振信号を有することもできる。部分励振信号を、半導体部品の各々が半正弦励振電流によって貫流されるよう、相互に適合させることができる。これは、例えば少なくとも２つの半導体部品からなるブリッジ回路に適している。個々の半導体部品の励振電流は、この場合、同一であっても又は異なってもよく、例えば相互に位相シフトされることもできる。
【００１８】
少なくとも１つの半導体部品を備えるパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する装置は、
パワー損失を半導体部品に入力するために、半導体部品を通る少なくとも略半正弦励振電流の流れを生じさせるよう構成された励振信号を供給する供給ユニットと、
半導体部品の温度の時間的推移を表現する温度信号を読み込む読み込みユニットと、
温度信号を使用して、パワーエレクトロニクス機器の経年劣化を表す経年劣化値を決定する決定ユニットと、を備える。
【００１９】
一実施形態によれば、供給ユニットは、いずれにせよ半導体部品の駆動のために必要であるドライバ回路とすることができる。そうしたドライバ回路の一例は、インバータのパルス幅変調ドライバである。
【００２０】
装置は、少なくとも１つの半導体部品を備えるパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する上述の方法の実施形態のステップを実施するよう構成された、ユニットを含むことができる。装置は、例えばセンサ信号である電気信号を処理し、それに応じた制御信号を出力する、電気デバイスとすることができる。装置は、１つ又は複数の適切なインターフェイスを備えることができる。インターフェイスは、ハードウエア及び／又はソフトウエアの形態で構成できる。ハードウエアの形態の構成において、インターフェイスは、例えば、装置の機能が実施される集積回路の部分とすることができる。インターフェイスは、個別の集積回路としてもよく、又は、少なくとも部分的にはディスクリート部品から構成されてもよい。ソフトウエアの形態の構成において、インターフェイスは、例えば、マイクロコントローラ上で他のソフトウエアモジュールに隣接して存在する、ソフトウエアモジュールとすることができる。
【００２１】
少なくとも１つの半導体部品を備えるパワーエレクトロニクス機器を備える対応するパワー電気システムは、パワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する上述の装置を備える。好都合なことに装置は、有利にも、補完として、既知のパワーエレクトロニクスシステムに一体化できる。
【００２２】
そうしたパワーエレクトロニクスシステムに対する一例が、インバータである。有利には、半正弦励振電流は、インバータ内部の明白なシステム励振である。従って、励振信号を供給するために、インバータ内の既存のドライバ回路を使用できる。
【００２３】
一実施形態によれば、半導体部品は、特には絶縁ゲート電極を備えるバイポーラトランジスタである、バイポーラトランジスタとすることができる。励振電流は、バイポーラトランジスタのエミッタとコレクタとの間を流れる電流を表すことができる。さらに半導体部品は、電界効果トランジスタとすることができる。また励振電流は、電界効果トランジスタのドレインとソースとの間を流れる電流を表すことができる。記載したアプローチは、この場合、トランジスタに限定されることなく、他の半導体部品にも適用可能である。例えば、半導体部品はダイオードとすることができる。また励振電流は、ダイオードのアノードとカソードとの間を流れる電流を表すことができる。従って、半導体を熱励振するための、別個の電流源又は熱源は不要である。
【００２４】
一実施形態によれば、パワーエレクトロニクス機器は、キャリア、半導体部品をキャリアに熱的に結合する基板、及び冷却体を備えることができる。この場合、半導体部品は、はんだ接合部を介して基板に接続されている。また、冷却体が伝熱層を介してキャリアに接続されている。経年劣化値は、はんだ接合部の経年劣化を示すことができる。また経年劣化値が、追加的又は代替的に、伝熱層の経年劣化を示すことができる。キャリアとは、グランドプレート又はベースプレートと理解できる。基板は、電気絶縁材料製、例えばセラミックス製とすることができる。このようにして、記載したアプローチを、パワーエレクトロニクスシステムの典型的な構成に関連して使用できる。
【００２５】
有利にも、コンピュータプログラム製品は、半導体メモリ、ハードディスクメモリ又は光メモリなどの機械可読キャリア上に記憶可能なプログラムコードを備える。プログラムがコンピュータ又は装置上で実行されると、上述した実施形態のうちの１つの実施形態による方法を実行するために、プログラムコードが使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、一実施形態によるパワーエレクトロニクスシステムの概略図である。
【図２】図２は、一実施形態によるパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する方法のフローチャートである。
【図３】図３は、一実施形態による半導体部品を備えるパワーエレクトロニクス機器の概略図である。
【図４】図４は、一実施形態による複数の半導体部品を備えるパワーエレクトロニクスシステムの概略図である。
【図５】図５は、一実施形態による半正弦励振電流を示すグラフである。
【図６】図６は、一実施形態によるパワーエレクトロニクスシステムの励振の概略図である。
【図７】図７は、一実施形態による経年劣化していないパワーエレクトロニクス機器の温度信号を示すグラフである。
【図８】図８は、一実施形態による経年劣化したパワーエレクトロニクス機器の温度信号を示すグラフである。
【図９】一実施形態によるパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の好適な実施形態に関する以下の説明では、様々な図面に表され、類似に作用する素子には、同一又は類似の符号が使用される。その際、これらの素子を繰り返して説明することは、省略される。
【００２８】
図１は、一実施形態によるパワーエレクトロニクスシステム１００の概略図である。パワーエレクトロニクスシステム１００は、半導体部品１０４を備えるパワーエレクトロニクス機器１０２及びパワーエレクトロニクス機器１０２において経年劣化を検出する装置１０６を備える。
【００２９】
装置１０６は、半導体部品１０４の半正弦励振を生じさせるのに適した励振信号１１０を、インターフェイスを介してパワーエレクトロニクス機器１０２に供給するよう構成されている。特に励振信号１１０は、半導体部品１０４を通る半正弦励振電流１１２の流れを生じさせ、ひいては半正弦パワー損失を半導体部品へ入力させるのに適している。
【００３０】
半導体部品１０４がトランジスタである場合、励振電流１１２は、エミッタ端子とコレクタ端子との間、又はドレイン端子とソース端子との間を流れることができる。この場合、一実施形態による励振信号１１０は、半導体部品１０４の制御入力部に供給される制御信号と見なすことができる。
【００３１】
半導体部品１０４がダイオードである場合、励振電流１１２は、半導体部品１０４アノード端子とカソード端子との間を流れることができる。この場合、励振信号１１０は、一実施形態によれば、励振電流１１２に対応し、半導体部品１０４において下降する励振電圧を表す。励振電圧によって、半導体部品１０４を通る励振電流１１２が発生される。又は、励振信号１１０が制御信号を表し、パワーエレクトロニクス機器１０２の素子を、半導体部品１０４が励振電流１１２によって貫流されるよう、駆動させる。
【００３２】
励振電流１１２を介して、パワー損失が半導体部品１０４に対して供給される。従って励振電流１１２は、半導体部品１０４を加熱する。半導体部品１０４において発生する熱は、熱放射又は熱放散によって、半導体部品１０４から排出される。励振電流の半正弦曲線のために、半導体部品１０４の内部の温度は、交互に上昇及び下降する。
【００３３】
装置１０６は、温度信号１１４をパワーエレクトロニクス機器１０２へのインターフェイスを介して読み込むよう構成されている。温度信号１１４は、半導体部品１０４の内部で支配的な温度を表現する。一実施形態により、温度信号１１４は、半導体部品１０４に一体化された測温抵抗１１６を使用して捕捉される。
【００３４】
装置１０６は、温度信号１１４を使用して、パワーエレクトロニクス機器１０２の経年劣化に関するパワーエレクトロニクス機器１０２の状態を決定するよう構成されている。一実施形態によれば、装置１００は、パワーエレクトロニクス機器１０２の経年劣化が存在するか否かを示す経年劣化値１１８を供給するよう構成されている。
【００３５】
この実施形態によれば装置１０６は、供給ユニット１２０、読み込みユニット、及び決定ユニット１２４を備える。
【００３６】
供給ユニット１２０は、励振信号１１０を供給するよう構成されている。異なる実施形態によれば、供給ユニット１２０は、例えば、半導体部品１０４又は更なる回路素子を駆動する駆動ユニットとして、励振電流１１２を供給する電源として、又は励振電流１１２を導くラインのみとして、実現されてもよい。一実施形態によれば、供給ユニット１２０は、いずれにせよパワーエレクトロニクス機器１０２の駆動のために必要であり、追加機能として又は通常作動の範囲で励振電流を供給するユニットである。一実施形態によれば、供給ユニット１２０は、パワーエレクトロニクス機器１０２の通常作動の間、特に半導体部品１０４の通常作動の間に励振信号１１０を供給するよう構成されている。従って、一実施形態によれば、励振電流１１２は、通常作動の間に半導体部品１０４が貫流される電流である。代替的な実施形態によれば、励振信号１１０は、半導体部品１０４が通常作動外のテストモードにある間に供給される。
【００３７】
読み込みユニット１２２は、温度信号１１４を読み込むよう構成されている。一実施形態によれば、読み込みユニット１２２は更に、温度信号１１４を捕捉するよう構成された捕捉ユニットを備える。
【００３８】
決定ユニット１２４は、適切な決定規則に則り温度信号１１４から経年劣化値１１８を決定する、又は温度信号１１４からつきとめられた値から経年劣化値１１８を決定するよう構成されている。この目的のために決定ユニット１２４は、例えば、比較ユニット又はルックアップテーブルを備える。
【００３９】
装置１０６において、少なくとも１つのユニット１２０、１２２、１２４は、パワーエレクトロニクス機器１０２に一体化されてもよい。特に、少なくとも１つのユニット１２０、１２２、１２４は、少なくとも部分的に、いずれにせよパワーエレクトロニクス機器１０２の駆動のために必要なユニットによって実現できる。
【００４０】
一実施形態によれば、決定ユニット１２４は、温度信号１１４の振幅を評価して、経年劣化値１１８を決定するよう構成されている。経年劣化値１１８を極めて正確に決定可能とするために、決定ユニット１２４は、一実施形態によれば、定常状態にある温度信号１１４の少なくとも１つの振幅に基づいて経年劣化値１１８を決定するよう構成されている。経年劣化値１１８の精度を高めるために、決定ユニット１２４は、一実施形態によれば、温度信号１１４の平均振幅に基づいて経年劣化値１１８を決定するよう構成されている。このようにして決定された経年劣化値１１８は、例えば、半導体部品１０４のはんだ接合部の領域における経年劣化を示すのに適している。
【００４１】
一実施形態によれば、決定ユニット１２４は、追加的又は代替的に、温度信号１１４の最小値を評価して、経年劣化値１１８を決定するよう構成されている。経年劣化値１１８を極めて正確に決定可能とするために、決定ユニット１２４は、一実施形態によれば、定常状態にある温度信号１１４の最小値に基づいて経年劣化値１１８を決定するよう構成されている。経年劣化値１１８の精度を高めるために、決定ユニット１２４は、一実施形態によれば、温度信号１１４の平均最小値に基づいて経年劣化値１１８を決定するよう構成されている。このようにして決定された経年劣化値１１８は、例えば、半導体部品１０４の冷却ユニットの領域における経年劣化を示すのに適している。
【００４２】
一実施形態によれば、決定ユニット１２４は、２つの経年劣化値を供給するよう構成されている。経年劣化値のうちの１つは振幅を使用して供給され、他の経年劣化値は温度信号１１４の最小値を使用して供給される。
【００４３】
図２は、一実施形態による、少なくとも１つの半導体部品を備えるパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する方法のフローチャートを示す。
【００４４】
方法は、励振信号を供給するステップ２２０を含む。励振信号を介して、少なくとも略半正弦曲線を有するパワー損失が半導体部品に入力される。特に励振信号を介して、半導体部品を通る少なくとも略半正弦励振電流の流れが生じる。ステップ２２４において、温度信号を読み込む。温度信号は、温度、特に半導体部品の内部の温度の時間的推移を表現する。ステップ２２６において、パワーエレクトロニクス機器の経年劣化を表す経年劣化値を決定する。経年劣化値は、温度信号を使用して決定する。
【００４５】
方法のステップ２２０、２２２、２２４は、例えば、図１に示されたパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する装置のユニットを使用して、又は図１に示されたパワーエレクトロニクス機器のユニットを使用して実施することができる。
【００４６】
図３は、一実施形態による半導体部品１０４を備えるパワーエレクトロニクス機器１０３の概略図を示す。これは、インバータに関連して使用される既知のパワーエレクトロニクス機器とすることができる。
【００４７】
半導体部品１０４は、例えばチップの形態で、はんだ接合部３３０を介して基板３３２に接続されている。基板３３２は、キャリア上、ここでは、グランドプレートとも称されるベースプレート３３４上に配置されている。この実施形態によれば、基板３３２はセラミック基板として実現されており、半導体部品１０４をベースプレート３３４に対して絶縁し、そして熱的に結合する役割を果たす。ベースプレート３３４の基板３３２と反対側の上には、冷却体３３６が、例えば伝熱ペーストの形態である伝熱層３３８を介して、ベースプレート３３４に対して配置されている。この実施形態によれば、冷却体３３６は、冷却液が貫流するチャネル３４０を備える。
【００４８】
一実施形態によれば、半導体部品１０４において、パワー損失が半導体部品１０４に入力されることによって発生する熱は、はんだ接合部３３０、基板３３２、ベースプレート３３４及び伝熱層３３８を介して、ヒートシンクとしての役割を果たす冷却体３３６へ導かれる。
【００４９】
本明細書に記載した手法を使用して、特に、はんだ接合部３３０の領域における経年劣化、及び伝熱層３３８の領域における経年劣化を認識できる。
【００５０】
一実施形態によれば、半導体部品１０４に隣接して、少なくとも１つの更なる半導体部品１０４が配置されている。更なる半導体部品１０４は、更なる基板を介してベースプレート３３４に接続されている。
【００５１】
図４は、一実施形態によるパワーエレクトロニクスシステム１００の概略図を示す。パワーエレクトロニクスシステム１００は、複数の半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８を備えるパワーエレクトロニクス機器１０２を備える。半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８は、例えばＢ６ブリッジ回路において相互接続されている。半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８は、一実施形態によれば、前出の図を参照して説明した素子である。
【００５２】
一実施形態によれば、半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８は、インバータとして実現されるパワーエレクトロニクス機器１０２のトランジスタとして実現される。パワーエレクトロニクス機器１０２は、２つの入力ポート４１０と３つの出力ポート４１２を備える。パワーエレクトロニクス機器１０２の通常作動において、入力ポート４１０の間には直流電圧が印加される。直流電圧から、半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８を適切に駆動することによって、三相交流電圧が生成され、出力ポート４１２に供給される。
【００５３】
パワーエレクトロニクス機器１０２の経年劣化を探知するために、供給ユニット１２０が備えられている。供給ユニット１２０は、この実施形態によれば複数の部分励振信号を有する励振信号１１０を、半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８の制御ポートに供給するよう構成されている。励振信号１１０を介して、半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８を、半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８が、入力ポート４１０に作用する直流電圧を使用して、その都度少なくとも略半正弦励振電流によって貫流されるように、駆動させる。この場合、半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８が、例えば相互に位相シフトされた異なる励振電流によって貫流されうる。一実施形態によれば、ＰＷＭ‐ドライバ回路は、供給ユニット１２０として使用される。ＰＷＭ‐ドライバ回路が、インバータとして実現されたパワーエレクトロニクス機器１０２の通常作動の間、半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８を駆動するために使用される。
【００５４】
読み込みユニット１２２は、温度信号１１４を読み込むために備えられている。温度信号１１４は、この実施形態によれば、複数の部分温度信号を有する。個々の部分温度信号が、個々の半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８において支配的な温度を表現する。
【００５５】
決定ユニット１２４は、温度信号１１４を使用して、パワーエレクトロニクス機器１０２の経年劣化を決定するために備えられている。部分温度信号が存在するために、決定ユニット１２４は、一実施形態によれば、個々の半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８に関連する経年劣化値を決定し、供給するよう構成されている。
【００５６】
代替的な実施形態によれば、パワーエレクトロニクス機器１０２は整流器である。整流器は、ポート４１２に作用する交流電圧を直流電圧に変換し、ポートに供給するよう構成されている。この場合、半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８は、ダイオードとすることができる。励振信号は、この場合、ポート４１２に作用する交流電圧として理解できる。また供給ユニットは、例えば、ポート４１２を半導体部品１０４、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８に接続するラインを備えることができる。
【００５７】
図５は、一実施形態による半正弦励振、特に半正弦励振電流１１２を示すグラフである。横軸上に時間ｔを秒で記載し、縦軸上に電流ＩＡＣをアンペアで記載したグラフが示されている。図示の電流ＩＡＣは、−２００Ａと＋２００Ａの間で振動する正弦曲線を有する。電流の正の半波は、励振電流１１２として、「被試験装置（ＤＵＴ＝Device under Test）」とも称される半導体部品に供給され、半導体部品のチップ近傍の熱抵抗を励振させる。
【００５８】
図６は、一実施形態によるパワーエレクトロニクス機器１０２の励振の概略図である。例えば、図３を参照して説明したように、パワーエレクトロニクス機器１０２は、ここではチップの形態である半導体部品１０４、基板３３２、及び冷却システム６３６を備える。冷却システム６３６は、例えば冷却剤により貫流される冷却体を備えることができる。半導体部品１０４及び基板３３２の配置は、パワー半導体モジュール又はパワーモジュールとも称することができる。
【００５９】
例えば図５を参照して示されるように、励振電流を介して、パワー損失ＰＶが半導体部品１０４に供給される。パワー損失ＰＶは、ここではバリア層温度ＴＪである温度に対して、半導体部品１０４の内部で作用する。第１熱抵抗Ｒｔｈ１が半導体部品１０４に対して、及び第２熱抵抗Ｒｔｈ２が基板３３２に対して割り当てられている。一実施形態によれば、励振電流によって、チップ近傍の熱抵抗Ｒｔｈ１が半正弦励振される。熱エネルギは、冷却システム６３６から、温度Ｔｆｌｕｉｄを有する冷却剤を用いて放熱される。
【００６０】
記載した手法を、パワー半導体モジュール１０４、３３２及び冷却システム６３６をオンボード経年劣化識別する方法の形態である実施形態を参照して、以下に説明する。
【００６１】
パワーモジュール１０４、３３２の既知である故障現象は、ボンディングワイヤの剥離、及び図３においてはんだ接合部として概略的に示されたような、モジュール内部のはんだ結合部の経年劣化である。ボンディングエラーは、電気的なライン抵抗の上昇につながる。ボンディングエラーは、定義されたコレクタ電流においてコレクタ‐エミッタ間電圧ＵＣＥを計測することで監視可能である。この場合、「リストオフ」とも称されるワイヤの剥離によって、更なるワイヤの剥離が加速される。これにより、モジュール１０４、３３２が、極めて短時間のうちに故障する可能性がある。従って、ＵＣＥ計測では、「寿命末期」の識別のみが可能であることが多い。
【００６２】
これに対して、本明細書に記載した励振電流を使用して、半導体部品１０４を検査するために、モジュールの状態に関する分析及び残り寿命の推定が可能である。そうした分析に基づいて、モジュール１０４、３３２を予防的に交換するかどうか、又はそれらがフォローアップ検査まで耐えることができるかどうか、を決定できる。
【００６３】
はんだ接合部の経年劣化によって、定常熱抵抗Ｒｔｈがよりゆっくりと上昇することになる。従ってそのために、事前警告時間をより長くすることができる。
【００６４】
追加的に、冷却システム６３６又は図３において概略的に伝熱層として表されたような伝熱ペーストにおける経年劣化によっても、定常熱抵抗が上昇することになる。
【００６５】
パワーモジュール１０４、３３２及び冷却システムの経年劣化を、エラー選択的に決定するために、熱インピーダンスＺｔｈも、ＵＣＥ法を使用して追加的に計測できる。このために、パワーモジュールはＤＣ加熱電流で加熱され、ＤＣ加熱電流を突然にスイッチオフした後に、冷却曲線が計測される。Ｒｔｈ計測及びＺｔｈ計測するこの方法は、別個の診断フェーズの範囲で、つまり、例えば信号機で停止した際のような、車両における通常のインバータモード外で実行可能である。それにもかかわらず、必要とされる機器及び計測精度を理由として、この方法は、車両コンバータ又は風力発電設備のコンバータへの統合にはあまり適していない。
【００６６】
アプリケーションに存在するパワーモジュール１０４、３３２を経年劣化識別するために、追加的に、パワー半導体１０４を加熱パルスによって加熱できる。加熱パルスは、例えば低減された制御電圧を有するブリッジ短絡によって実現できる。ここでも、ＵＣＥ法によって冷却カーブが計測される。そこから、パワーモジュールの経年劣化を推測できる。この方法の利点は、半導体１０４を短時間で加熱することである。一方、基板３３２及びグランドプレートのような深く位置する材料層は、温度上昇を経験しない。従って、はんだ層の上に大きな温度が発生する。この温度差が、計測精度を向上させる。冷却システムの状態を識別することは、不可能である。さらに安全上の理由から、コンバータにおいてブリッジ短絡を実現することは除外される。
【００６７】
代わりに、矩形の加熱電流プロフィールを使用できる。この加熱電流プロフィールは、追加的な加熱電流源によって実現される。３回の加熱パルスの後、バリア層温度ＴＪがＵＣＥ法で計測される。クリティカルな経年劣化状態を識別するために、この計測値がシステムの出荷時に記憶された計測値と比較される。しかしながら、このためには追加的な加熱電流源を含む実装のための大きな努力が必要である。また、温度の単なる１点計測が行なわれ、冷却システムの監視は不可能である。
【００６８】
そうした方法は、半制限励振を使用する本明細書に記載した方法に対する補完として使用できる。ジャンプ形状、インパルス形状、又は矩形のシステム励振、及びＵＣＥ法を有する時間的領域における冷却挙動の計測に基づいて経年劣化識別する方法とは対照的に、本明細書に記載した手法によれば、半正弦励振を使用して、厳密な実験室における計測技術及び追加的な加熱電流源の必要性が排除される。さらに、外乱及び外部からの影響に対して、高い堅牢性が与えられている。半正弦励振を使用する本明細書に記載した手法は、例えば車両コンバータ又は風力発電設備のコンバータに一体化されたパワーモジュール１０４、３３２及び冷却システム６３６を「オンボード」経年劣化識別する、実行可能で連続生産可能な解決策を提供するものである。
【００６９】
ジャンプ形状、インパルス形状、又は矩形のシステム励振、及び時間的領域における温度計測とは対照的に、本明細書で提示した手法は、小さな電気的周波数ｆｅｌ〜１Ｈｚによる半正弦励振を記載するものである。この周波数は、チップハンダの劣化につれて上昇する熱抵抗Ｒｔｈ１（図６の熱カウア等価回路図を参照）を超えて、周期的に極めて大きな温度差が発生するよう選択される。これによりＲｔｈ１の計測感度‐監視が改善される。従来構築されたパワーモジュール１０４、３３２において、この周波数は、セラミック基板３３２（Ｒｔｈ２、Ｃｔｈ２）のローパス周波数において、約ｆｅｌ〜１Ｈｚの領域で再見される。
【００７０】
周波数励振の利点は、計測値をより長い期間に亘って平均化する可能性である。記載された半正弦励振は、更に、追加的な加熱電流源又はブリッジ短絡無しで、インバータの簡単な制御、例えばｃｏｓφ＝０のパワーファクタによって実現可能である。従って、システム励振の間は無効電流のみが流れる。また、トルクは電気機械で発生しない。
【００７１】
例示的な相電流ＩＡＣが、図５に図示されている。相電流ＩＡＣの正の半波は、ＩＧＢＴ（「被試験装置」）の形態である半導体部品１０４を貫流し、ＩＧＢＴ内に半正弦パワー損失ＰＶを供給する。従ってパルスインバータにおいて、全ての半導体部品１０４、つまり例えば全てのＩＧＢＴを、同時に励振して計測することが可能である。
【００７２】
半正弦励振に対する例示的なシステム応答が、続く図に示されている。
【００７３】
図７は、一実施形態による経年劣化していないパワーエレクトロニクス機器の温度信号１１４を示す。これは、前出の図を参照して説明されたパワーエレクトロニクス機器とすることができる。温度信号１１４は、連続する温度上昇及び温度下降を有する周期的推移を有する。この場合、横軸上に時間ｔを秒で記載し、縦軸上に温度ＴＪを摂氏で記載している。図示された約６秒の時間スパン内で、温度信号１１４は、ここでは例示的にＴＪ，Ｍｉｎ＝４２℃である最小値７５０を有する。温度信号１１４は、図示された時間スパン内で、約７回の振動において、ここでは例示的にΔＴＪ＝３７℃である振幅７５２を有する。温度信号１１４は定常状態にあるため、温度信号１１４の振動の個々のサイクルは少なくとも略同一である。
【００７４】
図８は、一実施形態による経年劣化したパワーエレクトロニクス機器の温度信号１１４を示す。温度信号１１４は、図７に示された温度信号とは、温度信号１１４の振幅７５２が異なる。図示された再度約６秒の時間スパン内で、温度信号１１４は、ＴＪ，Ｍｉｎ＝４２℃である最小値７５０を有する。温度信号１１４は、図示された時間スパン内で、約７回の振動において、ここでは例示的にΔＴＪ＝４４℃である振幅７５２を有する。温度信号１１４は定常状態にあるため、温度信号１１４の振動の個々のサイクルは少なくとも略同一である。
【００７５】
従って、例えばパワーモジュールの形態である、新しいパワーエレクトロニクス機器と経年劣化したパワーエレクトロニクス機器に関して、温度信号１１４によって表された温度サイクルは、経年劣化したパワーエレクトロニクス機器の温度信号が、より大きな振幅７５２を有する点で異なる。
【００７６】
図７及び図８を参照して、システム応答としての役割を果たす又はシステム応答を含む温度信号１１４の、異なる実施形態による評価を、以下に説明する。
【００７７】
システム応答として、一実施形態によれば、システム励振の結果である温度サイクルの、振幅７５２ΔＴＪ及び最小バリア層温度７５０ＴＪ，Ｍｉｎが計測される。特に有利には、これらの値を、定常熱状態に達した後に、より長い期間、例えば３０秒を超えて計測する。これにより、複数の温度サイクルに亘って振幅７５２及び最小温度７５０を平均化可能になり、これらの値を最大限に正確及び堅牢に計測できる。
【００７８】
バリア層温度を計測し、それによって温度信号１１４を生成するために、半導体部品の測温抵抗における温度計測に関連して使用されるような、適切なドライバ回路を使用できる。
【００７９】
振幅７５２ΔＴＪの増大は、パワーモジュールの経年劣化、特にパワーモジュールで使用された少なくとも１つのはんだ接合部の経年劣化を特徴付ける。一方、最小温度７５０ＴＪ，Ｍｉｎは、伝熱ペースト及び／又は冷却システムの経年劣化に伴って高まる。図７及び図８は、温度信号１１４を参照して、新しいパワーモジュールと、人工的に経年劣化させたパワーモジュールのバリア層温度を、定常熱状態において示す。
【００８０】
経年劣化による作用をうけた振幅７５２ΔＴＪは、３７℃から４４℃に、つまりプラス１９％だけ増大する。これは、人工的な経年劣化に使用された２０％のＲｔｈ増加の破壊基準と一致する。最小温度７５０ＴＪ，Ｍｉｎ＝４２℃で不変であれば、伝熱ペースト及び冷却システムは経年劣化していないことを示唆する。冷却体の汚れ又は伝熱ペーストの経年劣化に対応して、冷却剤の体積流が、例えば１０Ｉ／ｍｉｎから５Ｉ／ｍｉｎへ冷却剤の体積流が減少すると、最小温度７５０ＴＪ，Ｍｉｎが、例えば４６℃に上昇する。一方温度サイクルの振幅は、これからは影響を受けない。従って、振幅７５２及び最小温度７５０を評価することで、パワーモジュール及び冷却システムの経年劣化状態の、エラー選択的な識別が可能になる。
【００８１】
経年劣化を監視するために、振幅７５２及び最小温度７５０が、一実施形態によれば、定期的な診断フェーズにおいて探知され、例えばシステムの出荷時に記憶された値と比較される。
【００８２】
代替的に、入力されたパワー損失及び計測されたバリア層温度から、熱部分抵抗を算出し、監視することができる。
【００８３】
図９は、一実施形態によるパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する方法のフローチャートである。方法は、診断フェーズの範囲で実行する。この方法は、オンボード経年劣化識別のフローチャートとして表されている。
【００８４】
方法のスタート９０１の後、ステップ９０３において、最初に、約１Ｈｚの周波数ｆｅｌによる半正弦システム励振を、例えばｃｏｓφ＝０及びＩＡＣ＝２００ＡのＰＷＲ制御を使用して行なう。
【００８５】
ステップ９０５において、１Ｈｚの温度サイクルの振幅ΔＴＪ及び最小温度ＴＪ，Ｍｉｎを、熱的定常状態において、計測又は決定する。
【００８６】
ステップ９０７において、振幅ΔＴＪ及び最小温度ＴＪ，Ｍｉｎを、複数のサイクルに亘って平均化する。
【００８７】
ステップ９０９において、システムの出荷時に記憶された振幅及び最小温度のための基準値ΔＴＪ，Ｒｅｆ及びＴＪ，Ｍｉｎ，Ｒｅｆを供給する。
【００８８】
ステップ９１１において、パワーモジュール及び/又は冷却システムが経年劣化しているかどうかを評価する。これは、一実施形態によれば、以下のクライテリアに対応して行なう。
【００８９】
ΔＴＪ＞ΔＴＪ，Ｒｅｆの場合、そこからパワーモジュールの経年劣化という結論が導かれる。
ΔＴＪ，Ｒｅｆ＞ＴＪ，Ｍｉｎ，Ｒｅｆの場合、そこから冷却システムの経年劣化という結論が導かれる。
ΔＴＪ＞ΔＴＪ，Ｒｅｆ及びΔＴＪ，Ｒｅｆ＞ＴＪ，Ｍｉｎ，Ｒｅｆの場合、そこからパワーモジュール及び冷却システムの経年劣化という結論が導かれる。
【００９０】
ステップ９１１における評価の結果として、パワーモジュール及び冷却システムの経年劣化状態９１３を出力させる。
【００９１】
一実施形態によれば、ステップ９０３は、図２を参照して記載した供給するステップの範囲で実行する。ステップ９０５は、半導体部品の温度を計測することによって、時間的に、図２を参照して記載した読み込むステップの前に実行できる。代替的にステップ９０５は、温度信号から最初に振幅及び最小温度を決定し、次いでそれらを使用して経年劣化状態９１３を決定することによって、図２を参照して記載した決定するステップの範囲において、任意のステップ９０７並びにステップ９１１と共に実行できる。経年劣化状態９１３は、図２を参照して記載した経年劣化値と見なすことができる。
【００９２】
以下に、図９のインバータの形態であるパワーエレクトロニクス機器の経年劣化を検出する方法の実施形態を詳説する。
【００９３】
診断フェーズでは、ステップ９０３において、最初に、小さな電気的周波数ｆｅｌ〜１Ｈｚを有する半正弦パワー損失プロフィール及び図５に示されるような例えばＩＡＣ=２００Ａである定義された相電流によって、システム励振をスタートする。このシステム励振は、例えばｃｏｓφ＝０のパワーファクタでインバータを制御することによって実現可能である。従ってパルスインバータにおいて、全てのＩＧＢＴが同時に励振される。これにより、診断フェーズを１回実行する間に、全てのＩＧＢＴの経年劣化状態を識別できる。
【００９４】
システム応答として、ステップ９０５において、各ＩＧＢＴのバリア層温度の温度サイクルの振幅ΔＴＪ及び最小値ＴＪ，Ｍｉｎを、熱的定常状態に達した後に、計測、読み込み又は決定する。例示的に、振幅ΔＴＪ及び最小値ＴＪ，Ｍｉｎのための例示的な値は、例えば図７及び図８を参照する。バリア層温度を計測するために、例えば適切なＩＧＢＴ駆動ブコンセプトを使用できる。
【００９５】
有利には、ステップ９０７において、計測した振幅ΔＴＪ及び最小値ＴＪ，Ｍｉｎを、複数の正弦波に亘って、例えば１５半波を超えて、任意に平均化する。これにより、厳密な実験室における計測技術無しで、極めて正確及び堅牢に計測できる。
【００９６】
経年劣化を監視するために、振幅及び最小温度が、一実施形態によれば、定期的な診断フェーズにおいて探知され、例えばシステムの出荷時に記憶された基準値又はその後に供給される基準値ΔＴＪ，Ｒｅｆ及びＴＪ，Ｍｉｎ，Ｒｅｆと比較される。代替的に、入力されたパワー損失ＰＶ、並びに計測された振幅及び最小温度から、熱部分抵抗Ｒｔｈ，ｉを算出し、基準値Ｒｔｈ，ｉ，Ｒｅｆと比較する。
【００９７】
一実施形態によれば、診断フェーズは、保守又は検査間隔のような定義された時間間隔で、スタート９０１する。パワーモジュール及び／又は冷却システムの経年劣化状態９０３を、例えばデジタル値又はデジタルデータとして出力できる。経年劣化状態９１３は、例えば信号の形態で示すこともできる。
【００９８】
従って一実施形態によれば、記載した方法は、被試験パワーモジュールを、僅かな電気的周波数を有する半正弦パワー損失プロフィール又は相電流プロフィールで励振し、その際、結果として生じる温度サイクルの振幅及び最小温度を計測するという、診断フェーズを使用するものである。
【００９９】
実施形態は第１の特徴及び第２の特徴の間を「及び／又は」として結合した特徴を含むため、１つの実施形態による実施例は第１の特徴と第２の特徴の双方を有し、更なる実施形態による実施例は第１の特徴又は第２の特徴の何れか一方のみを有すると解釈可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１００  パワーエレクトロニクスシステム
１０２  パワーエレクトロニクス機器
１０４  半導体部品
１０６  経年劣化を検出する装置
１１０  励振信号
１１２  励振電流
１１４  温度信号
１１６  測温抵抗
１１８  経年劣化値
１２０  供給ユニット
１２２  読み込みユニット
１２４  決定ユニット
２２０  供給するステップ
２２２  読み込むステップ
２２４  決定するステップ
３３０  はんだ接合部
３３２  基板
３３４  ベースプレート
３３６  冷却体
３３８  伝熱層
３４０  チャネル
４０４  半導体部品
４０５  半導体部品
４０６  半導体部品
４０７  半導体部品
４０８  半導体部品
４１０  入力ポート
４１２  出力ポート
６３６  冷却システム
７５０  最小温度
７５２  振幅
９０１  スタート
９０３  システム励振するステップ
９０５  計測するステップ
９０５  平均化するステップ
９０９  基準値を供給するステップ
９１１  評価するステップ
９１３  経年劣化状態
【図１】
2019502913.tif 000003
【図２】
2019502913.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019502913.tif 000009
【図８】
2019502913.tif 000010
【図９】
2019502913.tif 000011
【国際調査報告】
2019502913.tif 000012
2019502913.tif 000013
2019502913.tif 000014
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